Astrônomos conseguiram determinar com precisão inédita a quantidade de hélio produzida nos primeiros minutos após o Big Bang. Utilizando observações do Grande Telescópio Binocular (LBT), nos Estados Unidos, os pesquisadores concluíram que esse elemento correspondia a aproximadamente 24,58% da massa da matéria comum existente no Universo primordial.
O resultado é consistente com as previsões do modelo cosmológico padrão e representa um avanço na investigação das condições físicas que existiam antes da formação das primeiras estrelas e galáxias.
A pesquisa faz parte do projeto LBT Yp, desenvolvido por uma colaboração internacional de astrônomos, e foi publicada em 10 de setembro de 2026 no periódico científico The Astrophysical Journal.
Para compreender a importância dessa medição, é necessário voltar aos primeiros minutos da história do Universo.
Logo após o Big Bang, o Universo era extremamente quente e denso. À medida que se expandia e esfriava, prótons e nêutrons passaram a formar os núcleos dos primeiros elementos químicos.
Esse processo, conhecido como nucleossíntese primordial, produziu principalmente hidrogênio e hélio, além de pequenas quantidades de deutério, hélio-3 e lítio.
As previsões indicam que aproximadamente 75% da massa da matéria comum primordial era constituída por hidrogênio e cerca de 25% por hélio.
Essas proporções não representam a composição total do Universo, que também inclui matéria escura e energia escura, mas a distribuição dos elementos presentes na matéria bariônica, formada por partículas como prótons e nêutrons.
A quantidade de hélio produzida nesse período depende das condições físicas existentes nos primeiros instantes da expansão cósmica.
Por isso, medir sua abundância primordial permite testar os modelos que descrevem a formação dos primeiros núcleos atômicos e verificar se suas previsões correspondem às observações.
Entretanto, existe uma dificuldade importante.
Embora a maior parte do hélio cósmico tenha sido produzida durante o Big Bang, as estrelas também fabricam esse elemento ao longo de suas vidas, principalmente pela fusão de hidrogênio em seus núcleos.
Parte desse material acaba sendo devolvida ao espaço por ventos estelares e outros processos associados à evolução das estrelas.
Como consequência, a quantidade de hélio presente nas galáxias aumenta gradualmente com o passar do tempo.
Isso significa que medir a abundância atual de hélio não revela diretamente quanto desse elemento existia antes da formação das primeiras estrelas.
Para superar esse problema, os pesquisadores procuraram regiões com baixíssima concentração de elementos mais pesados do que o hélio.
Na astronomia, esses elementos são chamados coletivamente de metais, mesmo quando não são classificados como metais pela química.
Oxigênio, carbono e nitrogênio, por exemplo, entram nessa categoria porque foram produzidos principalmente por processos que ocorreram após a nucleossíntese primordial.
Regiões com poucos desses elementos passaram por um enriquecimento químico relativamente pequeno e, portanto, podem preservar uma composição mais próxima daquela existente no Universo primitivo.
A equipe utilizou o Grande Telescópio Binocular para observar 54 regiões de hidrogênio ionizado, conhecidas como regiões H II, em galáxias pobres em metais.
Essas regiões contêm gás aquecido pela radiação de estrelas jovens e emitem luz em comprimentos de onda específicos, associados aos elementos presentes no material.
Ao analisar essas linhas espectrais, os pesquisadores conseguem estimar as quantidades relativas de hidrogênio e hélio.
Entretanto, as intensidades observadas não dependem apenas da abundância dos elementos. Fatores como temperatura, densidade e condições de ionização também influenciam a emissão do gás.
Por isso, a equipe aplicou procedimentos rigorosos para identificar possíveis fontes de erro e selecionar as observações mais confiáveis.
Das 54 regiões inicialmente analisadas, 41 atenderam aos critérios de qualidade adotados pelos pesquisadores.
Dentro desse conjunto, 15 apresentavam metalicidade especialmente baixa e espectros de alta qualidade, permitindo uma determinação mais precisa da abundância primordial de hélio.
A principal vantagem dessa seleção é que essas regiões mostraram uma relação suficientemente estável entre a abundância de hélio e a concentração de elementos mais pesados.
Isso permitiu calcular uma média ponderada das medições, sem depender da extrapolação tradicional utilizada para estimar qual seria a quantidade de hélio em um ambiente completamente livre de metais.
O resultado foi uma fração de massa primordial de hélio de 0,2458, com incerteza de 0,0013.
Em porcentagem, isso corresponde a 24,58%, com uma margem de incerteza de 0,13 ponto percentual.
A precisão relativa alcançada foi de aproximadamente 0,5%, um avanço importante em relação às determinações anteriores.
O valor obtido também apresentou excelente concordância com as previsões derivadas das observações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas.
Essa radiação é um dos registros mais antigos que podemos observar diretamente e foi liberada quando o Universo tinha aproximadamente 380 mil anos.
As medições realizadas pelo satélite Planck, da Agência Espacial Europeia, permitem determinar parâmetros cosmológicos, incluindo a densidade da matéria comum.
Quando esses parâmetros são utilizados nos cálculos da nucleossíntese primordial, a previsão para a fração de massa de hélio é de aproximadamente 24,67%.
A diferença entre o valor previsto e a nova medição é de apenas 0,09 ponto percentual, muito menor do que a incerteza observacional.
Essa concordância é particularmente importante porque os dois resultados são obtidos por métodos diferentes.
De um lado, os astrônomos analisam a composição química de regiões de gás em galáxias que passaram por pouco enriquecimento estelar.
Do outro, utilizam informações preservadas na radiação cósmica de fundo para calcular as condições físicas do Universo primordial e prever a quantidade de hélio que deveria ter sido produzida.
O fato de essas duas abordagens apresentarem resultados compatíveis fortalece a confiança no modelo da nucleossíntese do Big Bang.
A nova medição também possui implicações para a física de partículas.
A produção de hélio nos primeiros minutos depende, entre outros fatores, da velocidade de expansão do Universo naquele período.
Essa expansão era influenciada pela quantidade de energia presente em partículas relativísticas, incluindo os neutrinos.
Por isso, uma medição precisa da abundância primordial de hélio pode ajudar a investigar se existiam componentes adicionais de radiação no Universo primitivo.
Em um estudo complementar, pesquisadores combinaram a nova abundância de hélio com medições do deutério primordial e da radiação cósmica de fundo.
Os resultados permaneceram compatíveis com o modelo padrão da física de partículas, sem exigir a presença de novas espécies de partículas relativísticas.
Isso não significa que a pesquisa tenha descartado todas as possibilidades de física além do modelo padrão, mas que os dados obtidos não apresentam uma discrepância que exija novas explicações.
A determinação da abundância primordial também ajuda a compreender a evolução química das galáxias.
Como as estrelas continuam produzindo hélio, comparar sua abundância atual com a quantidade original permite investigar quanto desse elemento foi acrescentado ao meio interestelar ao longo de bilhões de anos.
Estimativas gerais indicam que aproximadamente 90% do hélio cósmico tem origem primordial, enquanto uma parcela menor foi produzida posteriormente pelas estrelas.
Essa proporção não deve ser interpretada como uma medição direta realizada pelo LBT para todo o Universo, mas como uma estimativa baseada na comparação entre a composição primordial e o enriquecimento químico ocorrido ao longo da história cósmica.
O resultado também demonstra a importância de observar regiões extremamente pobres em metais.
Esses ambientes não são necessariamente formados por estrelas da primeira geração do Universo. Entretanto, sua composição química pouco enriquecida permite investigar condições que se aproximam daquelas existentes antes de sucessivas gerações de estrelas modificarem o gás interestelar.
Com observações de alta qualidade e métodos de análise mais precisos, os astrônomos conseguiram reduzir uma das principais fontes de incerteza nos testes observacionais da nucleossíntese primordial.
A pesquisa não modifica a teoria do Big Bang. Pelo contrário, oferece uma verificação independente de uma de suas previsões fundamentais.
Ao determinar que aproximadamente um quarto da massa da matéria comum primordial era constituído por hélio, os cientistas reforçam a conexão entre os processos nucleares ocorridos nos primeiros minutos do Universo e as observações astronômicas realizadas bilhões de anos depois.
Sobre a Imagem: Imagem do Telescópio Espacial Hubble de uma vasta nebulosa chamada NGC 604, rica em hélio.
Créditos da Imagem: Hui Yang (Universidade de Illinois) e NASA/ESA.
Artigo Científico: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae879f